22、基于高效攻击模型的无线传感器网络弹性密钥预分配方案

基于高效攻击模型的无线传感器网络弹性密钥预分配方案

1. 引言

无线传感器网络（WSN）由大量微小的多功能传感器组成，这些传感器在空间上分布并通过短距离无线通信。其应用范围广泛，从家庭监控到关键军事应用等。然而，在WSN中传输关键信息时确保安全性极具挑战，同时还要考虑传输成本的最小化和整个网络的安全保障。

WSN可分为同质和异质传感器网络。同质网络中的传感器节点在能量、内存和通信能力方面类型相同；而异质网络则包含具有不同能力的混合传感器节点。尽管同质网络在许多应用场景中表现良好，但引入混合传感器节点可以显著提高网络的安全性和寿命。

由于WSN的广泛应用，它面临着多种威胁，如节点捕获、拒绝服务（DOS）、路由路径攻击、流量分析、复制和重放攻击等。其中，节点捕获是此类网络面临的首要问题之一。攻击者试图以最少的节点捕获数量和最短的时间摧毁整个网络。

2. 现有方案

众多研究人员提出了量化网络脆弱性的方法，并为WSN提供安全保障的密钥管理方案（KMS）。以下是一些常见的方案：
- Eschenauer和Gligor方案 ：由集中实体生成大量密钥池，在部署前为每个传感器节点分配一部分密钥。节点广播其密钥标识符以寻找共同密钥，若找不到则进行路径密钥建立。
- Wu等人方案 ：基于边或节点在多个路由路径中共享的程度来量化WSN的脆弱性，将WSN建模为无向图。
- Ahlawat等人方案 ：提出基于图的攻击模型，增强攻击者攻击网络的能力。
- Zhang等人方案